Насадок шестеренко

Насадок шестеренко

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к системам, где необходимо использовать эффект вращения или гироскопа (жироскопа, волчка) - в широком смысле всякое тяжелое тело, быстро вращающееся вокруг оси (маховик, артиллерийский снаряд в полете, и т.п.), или в более узком смысле - тяжелое тело, быстро вращающееся вокруг своей оси симметрии и опирающееся концом (или концами) этой оси на плоскость (или плоскости). Изобретение может быть использовано также для крекинга газа, газожидкостных смесей и жидкостей, которые за счет крекинга превращаются в газожидкостную смесь (например, нефть). Изобретение может быть использовано также в качестве мельницы для разрушения различных крупных частиц аэрозоля в более мелкие и в качестве пылеулавливающего устройства и т.д.

Аналог 1

Известен насадок Шестеренко по патенту Российской Федерации RU 2206409 (С2), состоящий из герметично соединенных между собой сверхзвуковых сопел Лаваля, критическое сечение каждого из которых не меньше критического сечения первого по ходу движения сверхзвукового сопла Лаваля, причем первое сопло коаксиально введено в последующее с образованием между ними эжектируемой полости и выполнено сужающимся.

Аналог не использует инерционные силы вращения для выхода и поддержания рабочего режима.

Аналог 2

Известен гироскоп (жироскоп, волчок) - в широком смысле всякое тяжелое тело, быстро вращающееся вокруг оси (маховик, артиллерийский снаряд в полете, вращающийся электрон и т.п.); в более узком смысле - тяжелое тело, быстро вращающееся вокруг своей оси симметрии и опирающееся концом (или концами) этой оси на плоскость (или плоскости). /Краткий политехнический словарь. Государственное издательство технико-теоретической литературы. Москва, 1955/.

Недостаток аналога состоит в том, что для его вращения необходимо затрачивать много энергии.

Прототип

Известно тело вращения, содержащее не менее чем один насадок Шестеренко, который выполнен из герметично установленных между собой сопел, критические сечения которых не меньше наименьшего критического сечения не последнего сопла по ходу движения рабочего тела (газа аэрозоля газожидкостной смеси и жидкости), которая в вакуумном крекинге превращается в газожидкостную смесь), при этом между соплами имеется не менее чем одна герметичная полость, и еще содержащее ось вращения и плечо, соединяющее ось вращения с насадком Шестеренко (WO 03/025379 А1, 27.03.2003).

Прототип не использует при выходе на рабочий режим центробежные силы.

Задачей изобретения является расширение области применения насадка Шестеренко и уменьшение затрат энергии, расходуемой на режиме запуска и рабочем режиме.

Для достижения вышеуказанной цели в насадке, состоящем из герметично соединенных между собой сопел, критические сечения которых не меньше критического сечения расходоопределяющего сопла и не менее чем однократно герметичное соединение между которыми образует полость, и установленном с возможностью вращения относительно оси, к которой прикреплен посредством плеча, согласно изобретению первое по ходу движения потока сопло размещено ближе остальных сопел насадка к оси вращения, а плечо снабжено не менее одним дополнительным насадком.

Насадок снабжен не менее чем одной сосной оси вращения обечайкой, которая выполнена в виде не менее чем одной полости с подвижным соединением.

Кроме того, не менее чем однократно последнее сопло насадка сообщено с первым соплом последующего насадка, причем это сообщение выполнено через эжекторную пару, а у последующего насадка расходоопределяющее критическое сечение больше, чем у предыдущего насадка.

Не менее чем однократно эжекторная пара разделяет насадок не менее чем на два соосных тела вращения, имеющих самостоятельные плечи и оси вращения.

Насадок может быть выполнен в виде этажерки из тел вращения, а плечо выполнено в виде тела вращения.

Предлагаемое изобретение изображено на фиг.1, 2, 3, 4, 5 и 6.

На фиг.1 изображен вариант, когда насадок Шестеренко, содержащий входное 1 и выходное 2 сечения, соединенные между собой герметично соплами 3, 4, 5 и 6, причем критические сечения 7, 8, 9 сопел 4, 5, 6 не меньше критического наименьшевого сечения 10 сопла 3. Сопло 3 - дозвуковое (сужающееся), а сопла 4, 5 и 6 - сверхзвуковые.

Между соплами 3 и 4 имеется полость 11. Ось вращения 12 плечом 13 соединяется с насадком Шестеренко. Входное сечение 1 первого сопла 3 насадка Шестеренко находится ближе всех элементов остальных сопел к оси вращения. Это расстояние обозначено цифрой 14. Ось вращения установлена в подвижных опорах 15 и 16. Ось вращения 12 имеет ременную или другую передачу 17 к электродвигателю 18. Насадок Шестеренко, изображенный на фиг.1, называется центробежно-установленным насадком Шестеренко (ЦУНШ). На плече 13 может быть установлено устройство для поворота ЦУНШ вокруг условной его оси на 360° (это устройстве показано). На фиг.2 изображен вариант, когда на плече 13 установлено не менее чем один ЦУНШ. Стрелками 19 показано движение рабочего тела (воздуха, газа, аэрозоля, газожидкостной смеси и, наконец, жидкости, которая в результате вакуумного крекинга становится в газожидкостную смесь) на входном сечении 1. Стрелой 20 показано движение рабочего тела (или продуктов вакуумного крекинга) за выходным сечением 2. Сверхзвуковое сопло 6 может быть выполнено в виде «Сверхзвукового сопла с косым срезом Шестеренко» (Авт. св. СССР №812356), косой козырек 6а которого обеспечивает необходимое направление движения рабочего тела. Пунктир 21 показывает границы движения рабочего тела за выходным сечением 2. Стрелкой 22 показано направление вращения оси 12. Стрелкой 23 показано движение частиц, аэрозоля летящих по инерции.

На фиг.3 изображен вариант, когда ЦУНШ снабжен не менее чем одной соосной оси вращения 12 обечайкой 24, которая сообщена не менее чем с одним входным сечением 1. На фиг.3 также изображен вариант, когда ЦУНШ снабжен не менее чем одной соосной оси вращения 12 обечайкой 25, которая выполнена в виде полости 26, с подвижным соединением с ЦУНШ в виде лабиринтных уплотнений 27 и 28. Лабиринтное уплотнение 29 установлено между обечайкой 24 и патрубком подачи рабочего тела 30. Дно 31 полости 26 имеет скос. Полость 26 имеет патрубок 32 для ссыпания частиц аэрозоля. Емкость 26 снабжена патрубком 32а для отвода рабочего тела. В емкости 26 может быть установлена дополнительная обечайка 33. Полость 26 по сути дела является или вихревой трубкой или циклоном, конструктивные варианты которых могут изменятся, что не меняет суть дела. Изображенное на фиг.3 ЦУНШ может быть щелевым.

На фиг.4 схематично изображен вариант, когда ЦУНШ 34 сообщен с ЦУНШ 35, которые могут быть с разных этажей. Отдельной фигуры в виде этажерки в силу очевидности этого варианта в описании нет. На фиг.4 вместо ЦУНШ 35 мог быть изображен насадок Шестеренко, установленный перпендикулярно относительно радиуса вращения, но в одной плоскости с ним. ЦУНШ 35 может быть установлен под углом как к радиусу и плоскости вращения, так и к оси вращения. ЦУНШ 35 может в плане представлять собой спираль, а с боку выглядеть в виде штопора. При всех этих вариантах выполнения ЦУНШ 34 центробежность движения рабочего тела в насадке сохраняется неизменной. И выполнение этих вариантов определяется физическими свойствами рабочего тела и областью применения.

На фиг.5 изображен вариант, когда границы движения рабочего тела 21 не совпадают с направлением движения 23, при этом рабочее тело поступает внутри емкости 26 в дополнительный межэтажный насадок Шестеренко 36, который выводит рабочее тело на другой этаж этажерки (т.е. рабочее тело выводится из емкости 26 через насадок 36, для чего плечо 13 выполнено в виде диска, через который насквозь проходит дополнительный межэтажный насадок Шестеренко 36). Количество дополнительных межэтажных насадков Шестеренко 36 может быть несколько, и выходить они могут на разные этажи этажерки, каждый из которых может иметь свои емкости, подобные емкости 26.

На фиг.6 изображен вариант, когда полость 26 выполнена в виде вихревой трубки Ранка-Хилша. При этом длина обечайки 25 равна примерно десяти ее диаметрам. Обечайка 25 заканчивается с одного конца конусообразным дном 37, которое установлено с возможностью регулировки в осевом направлении местоположения. Конусообразное дно приварено к винту 38, который ввинчен в дно 39 и контрится гайкой 40. Герметизация осуществляется при помощи резиновой прокладки 41. Возможность перемещения по оси конусообразного дна 37 позволяет регулировать зазор 43 между конусообразным дном 37 и обечайкой 25. Дно 39 установлено на обечайке 42, которая приварена к обечайке 25. Герметизация осуществляется при помощи болта 44, гайки 45 и резиновой прокладки 46. Обечайка 42 снабжена патрубком 47, сообщенным с потребителем (не показан или отсечен запорным клапаном 47а) или с теплообменником 48, который сообщен или через трубопровод 49 с емкостью 50, а последняя сообщена через трубопровод 51 с патрубком 52. Или теплообменник 48 через трубопровод 53 сообщен непосредственно с патрубком 52, который является патрубком обечайки 24, которая выполнена в виде циклона. Трубопроводы 53, 49 и 51 снабжены устройствами перекрытия 54, 55 и 56 соответственно. На обечайке 33 установлена сливная воронка 57, на которой может быть установлен шнек 58. В обечайке 24 также могут быть установлены винтообразные направляющие 59. На сливной воронке могут быть установлены пластинчатые направляющие 60. Перед конусообразным дном 37 на обечайке 25 при помощи впрессованной обечайки 61 могут быть установлены пластинчатые направляющие 62.

Предлагаемое изобретение работает следующим образом.

На фиг.1. включается электродвигатель 18. Ременная передача 17 приводит во вращение ось 12. Поток рабочего тела за счет инерционных сил перемещается внутри ЦНУШ от входного сечения 1 до выходного сечения 2. По мере увеличения оборотов (практически сразу после включения электродвигателя) за счет инерционных сил в дозвуковом сопле 3 возникает скорость потока достаточная, чтобы в полости 11 за счет эффекта эжекции возникло некоторое разрежение. Это способствует засасыванию большего количества рабочего тела, что ведет к увеличению скорости прохождения его через критическое сечение 10. Последнее в свою очередь усиливает эффект эжекции и величину разрежения в полости 11. Такое взаимное увеличение расхода и скорости рабочего тела и разрежения полости 11 происходит до создания в сечении 10 критического режима истечения рабочего тела (или скорости звука). Дальнейшее увеличение разрежения в полости 11 приводит к сверхзвуковому перерасширению потока рабочего тела и перехода его на сверхзвуковую скорость. Замечательным в этом варианте является то, что ближе к выходному сечению 2 центробежные силы значительно больше, чем в входном сечении 1, что создает внутри ЦУНШ пониженное давление, а это дополнительно ускоряет процесс выхода ЦУНШ на сверхзвуковые скорости и поддержания рабочего режима при меньших энергозатратах. Сверхзвуковые сопла 4, 5 и 6 спрофилированы так, что сверхзвуковой поток, не переходя на дозвуковую скорость, до выходного сечения 2 сохраняет сверхзвуковую скорость внутри этих сопел. Сверхзвуковое сопло 6 имеет косой срез 6а, что позволяет реактивную струю рабочего тела направить по касательной к плоскости вращения в сторону, противоположную вращению, в которой вращается выходное сечение 2, что способствует уменьшению энергозатрат на раскрутку и вращение всей конструкции.

Расстояние 14 от оси вращения до входного сечения 1 является наименьшим для всех частей ЦУНШ. Это способствует неуклонному продвижению рабочего тела от входного сечения 1 до выходного сечения 2 на всем протяжении времени вращения оси 12.

Ha фиг.2 изображен вариант, когда на плече 13 установлено не менее чем один ЦУНШ. Стрелками 19 показано движение рабочего тела (воздуха, газа, аэрозоля, газожидкостной смеси и, наконец, жидкости, которая в результате вакуумного крекинга становится в газожидкостную смесь) на входном сечении 1. Стрелой 20 показано движение рабочего тела (или продуктов вакуумного крекинга) за выходным сечением 2. Пунктир 21 показывает границы движения рабочего тела за выходным сечением 2. Стрелкой 22 показано направление вращения оси 12. Стрелкой 23 показано движение частиц аэрозоля, летящих по инерции. Это устройство можно использовать как и в предыдущем варианте. Наличие обечайки 24 (как и в варианте фиг.3) позволяет совместить (или сложить) инерционные центробежные силы от вращения оси 12 и центробежные силы сверхзвуковой скорости рабочего тела при резком их повороте для пылеулавливания (в пылеуловителях) и для дробления частиц на более мелкие частицы (в инерционных мельницах).

Для этого на фиг.3 ЦУНШ снабжен не менее чем одной соосной оси вращения 12 обечайкой 25, которая выполнена в виде полости 26, с подвижным соединением с ЦУНШ в виде лабиринтных уплотнений 27 и 28. Дно 31 полости 26 имеет скос. Полость 26 имеет патрубок 32 для ссыпания частиц аэрозоля. Емкость 26 снабжена патрубком 32 для отвода рабочего тела. В емкости 26 может быть установлена дополнительная обечайка 33. Полость 26 по сути дела является или вихревой трубкой или циклоном, в которых частицы аэрозоля вместе с рабочим телом вращаются, опускаясь вниз. При этом частицы аэрозоля концентрируются около обечайки 25 (снаружи потока), а затем рабочее тело поднимается вверх и выходит в патрубок 32.

На фиг.3 изображен вариант, когда ЦУНШ снабжен не менее чем одной соосной оси вращения 12 обечайкой 24, которая сообщена не менее чем с одним входным сечением 1. Лабиринтное уплотнение 29 установлено между обечайкой 24 и патрубком подачи рабочего тела 30. Это позволяет подавать рабочее тело, используя постоянно возникающий подсос в ЦУНШ.

На фиг.4 схематично изображен вариант, когда ЦУНШ 34 сообщен с ЦУНШ 35, которые могут быть с разных этажей. Отдельной фигуры в виде этажерки в силу очевидности этого варианта в описании нет. На фиг.4 вместо ЦУНШ 35 мог быть изображен насадок Шестеренко, установленный перпендикулярно относительно радиуса вращения, но в одной плоскости с ним. ЦУНШ 35 может быть установлен под углом как к радиусу и плоскости вращения, так и к оси вращения. ЦУНШ 35 может в плане представлять собой спираль, а с боку выглядеть в виде штопора. При всех этих вариантах выполнения ЦУНШ 35 центробежность движения рабочего тела в насадке сохраняется неизменной. И выполнение этих вариантов определяется физическими свойствами рабочего тела и областью применения.

Так для получения крекинга газа или жидкости (жидких аэрозолей) нужно максимально удлинить ЦУНШ (нужен вариант штопора). Для маневренности пропеллера (винта) вертолета нужен короткой ЦУНШ (идущий по радиусу в плоскости вращения). Ступенчатость ЦУНШ 34 и 35 целесообразна при смешении рабочих тел. Сначала подается жидкое рабочее тело через обечайку 24 и патрубок 30 в ЦУНШ 34, где происходит крекинг этого рабочего тела.

В ЦУНШ (или насадок Шестеренко) 35 засасывается и другое рабочее тело с резким увеличением общего рабочего тела.

На фиг.5 изображен вариант, когда границы движения рабочего тела 21 не совпадают с направлением движения 23, при этом рабочее тело поступает внутри емкости 26 в дополнительный межэтажный насадок Шестеренко 36, который выводит рабочее тело на другой этаж этажерки (т.е. рабочее тело выводится из емкости 26 через насадок 36, для чего плечо 13 выполнено в виде диска, через который насквозь проходит дополнительный межэтажный насадок Шестеренко 36). Количество дополнительных межэтажных насадков Шестеренко 36 может быть несколько, и выходить они могут на разные этажи этажерки, каждый из которых может иметь свои емкости, подобные емкости 26.

Этот вариант обеспечивает наивысшую степень очистки газов (продуктов крекинга) от частиц аэрозоля (в пылеуловителе) и обеспечивает наивысшую степень размельчения частиц (в мельнице).

Эти два варианта отличаются друг от друга направлением вылета частиц из потока рабочего тела и углом наклона обечайки 25. Также в качестве сопла 6 может быть использовано сопло Шестеренко (по авторскому свидетельству на изобретение СССР №899151) с односторонним выпуклым козырьком, за которым может быть установлено несколько дополнительных межэтажных насадков Шестеренко 36, в каждый из которых попадают разные газы в зависимости от значения показателя адиабаты. (Этот вариант не показан).

На фиг.6 изображен вариант, когда полость 26 выполнена в виде вихревой трубки Ранка-Хилша. Во время вращения оси 12 в ЦУНШ за счет центробежной силы через обечайку 24, которая выполнена в виде циклона или имеет направляющие 59, засасывается поток рабочего тела (газ или жидкость). Внутри ЦУНШ рабочее тело за счет вакуумного крекинга расширяется и приобретает гиперзвуковую скорость (это главная особенность насадка Шестеренко). Из ЦУНШ поток продукта крекинга выходит по касательной к обечайке 25. Длина обечайки 25 равна примерно десяти ее диаметрам.

Обечайка 25 заканчивается с одного конца конусообразным дном 37, которое установлено с возможностью регулировки зазора 43, через который выходит горячая составляющая продуктов крекинга. Более холодная составляющая продуктов крекинга возвращается в обратном вихревом потоке через сливную воронку 57, которая снабжена направляющими 60 и шнеком 58.

Горячая составляющая продуктов крекинга проходит между обечайками 25 и 42 в патрубок 47, а далее к потребителям (не показано) или в теплообменник 48, который сообщен или через трубопровод 49 с емкостью 50, а последняя сообщена через трубопровод 51 с патрубком 52. Или теплообменник 48 сообщен через трубопровод 53 непосредственно с патрубком 52, который является патрубком обечайки 24. Трубопроводы 53, 49 и 51 снабжены устройствами перекрытия 54, 55 и 56 соответственно, которые открываются или закрываются в соответствии с технологической необходимостью.

Пластинчатые направляющие 60 и 62 способствуют торможению вихревого потока с целью повысить температуру отводимого потока.

Технический эффект.

1. Область применения насадка Шестеренко благодаря конструктивным добавлениям резко расширилась.

2. В ЦУНШ ближе к выходному сечению 2 центробежные силы значительно больше, чем во входном сечении 1, что создает внутри ЦУНШ пониженное давление, а это дополнительно ускоряет процесс выхода ЦУНШ на сверхзвуковые скорости и поддержания рабочего режима при меньших энергозатратах.

3. Наличие обечайки 24 (как и в варианте фиг.3) позволяет совместить (или сложить) инерционные центробежные силы от вращения оси 12 и центробежные силы сверхзвуковой скорости рабочего тела при резком их повороте для пылеулавливания (в пылеуловителях) и для дробления частиц на более мелкие частицы (в инерционных мельницах).

1. Насадок, состоящий из герметично соединенных между собой сопел, критические сечения которых не меньше критического сечения расходоопределяющего сопла и не менее чем однократно герметичное соединение между которыми образует полость, и установленный с возможностью вращения относительно оси, к которой прикреплен посредством плеча, отличающийся тем, что первое по ходу движения потока сопло размещено ближе остальных сопел насадка к оси вращения.

2. Насадок по п.1, отличающийся тем, что плечо снабжено не менее чем одним дополнительным насадком.

3. Насадок по п.1, отличающийся тем, что снабжен не менее чем одной сосной оси вращения обечайкой, которая выполнена в виде не менее чем одной полости с подвижным соединением.

4. Насадок по п.2, отличающийся тем, что снабжен не менее чем одной сосной оси вращения обечайкой, которая выполнена в виде не менее чем одной полости с подвижным соединением.

5. Насадок по п.1, отличающийся тем, что не менее чем однократно последнее сопло насадка сообщено с первым соплом последующего насадка, причем это сообщение выполнено через эжекторную пару, а у последующего насадка расходоопределяющее критическое сечение больше, чем у предыдущего насадка.

6. Насадок по п.2, отличающийся тем, что не менее чем однократно последнее сопло насадка сообщено с первым соплом последующего насадка, причем это сообщение выполнено через эжекторную пару, а у последующего насадка расходоопределяющее критическое сечение больше, чем у предыдущего насадка.

7. Насадок по п.3, отличающийся тем, что не менее чем однократно последнее сопло насадка сообщено с первым соплом последующего насадка, причем это сообщение выполнено через эжекторную пару, а у последующего насадка расходоопределяющее критическое сечение больше, чем у предыдущего насадка.

8. Насадок по п.4, отличающийся тем, что не менее чем однократно последнее сопло насадка сообщено с первым соплом последующего насадка, причем это сообщение выполнено через эжекторную пару, а у последующего насадка расходоопределяющее критическое сечение больше, чем у предыдущего насадка.

9. Насадок по п.5, отличающийся тем, что не менее чем однократно эжекторная пара разделяет насадок не менее чем на два соосных тела вращения, имеющих самостоятельные плечи и оси вращения.

10. Насадок по п.6, отличающийся тем, что не менее чем однократно эжекторная пара разделяет насадок не менее чем на два соосных тела вращения, имеющих самостоятельные плечи и оси вращения.

11. Насадок по п.7, отличающийся тем, что не менее чем однократно эжекторная пара разделяет насадок не менее чем на два соосных тела вращения, имеющих самостоятельные плечи и оси вращения.

12. Насадок по п.8, отличающийся тем, что не менее чем однократно эжекторная пара разделяет насадок не менее чем на два соосных тела вращения, имеющих самостоятельные плечи и оси вращения.

13. Насадок по п.5, отличающийся тем, что насадок выполнен в виде этажерки из тел вращения.

14. Насадок по п.6, отличающийся тем, что насадок выполнен в виде этажерки из тел вращения.

15. Насадок по п.7, отличающийся тем, что насадок выполнен в виде этажерки из тел вращения.

16. Насадок по п.8, отличающийся тем, что насадок выполнен в виде этажерки из тел вращения.

17. Насадок по любому из пп.1-16, отличающийся тем, что плечо выполнено в виде тела вращения.